Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на эффективные показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала

В соответствии с целью, задачами исследований нами были проведены испытания дизеля 4Ч 11,0/12,5 по исследованию влияния применения ЭТЭ на эффективные и экологические показатели в зависимости от режимов работы. Были сняты нагрузочные и скоростные характеристики при работе дизеля на ДТ и ЭТЭ и различных значениях установочного УОВТ. Одновременно проводилось индицирование рабочего процесса и определение токсичности и дымности ОГ дизеля [1, 3, 7].

Изменение эффективных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при значении установочного УОВТ Θ_впр = 23º до ВМТ представлено на рисунке 1.

При работе дизеля на ДТ значение часового расхода топлива G_{т дт} увеличивается с 7,1 кг/ч при n = 1200 мин ^-1 до 14,4 кг/ч при n = 2400 мин ^-1, т. е. в 2 раза. Удельный эффективный расход топлива g_{e дт} при n = 1200 мин ^-1 составляет 234 г/(кВт∙ч), при n = 2400 мин ^-1 составляет 249 г/(кВт∙ч). Минимальное значение g_{e дт} = 227 г/(кВт∙ч) наблюдается при n = 1700 мин ^-1. Коэффициент избытка воздуха α при n = 1200 мин ^-1 составляет 1,72, при n = 2400 мин ^-1 снижается до 1,69, или на 2 %. Часовой расход воздуха G_в при n = 1200 мин^-1 составляет 175 кг/ч, при n = 2400 мин ^-1 G_в = 348 кг/ч. Наблюдается рост в 2 раза. Температура ОГ t_г при n = 1200 мин ^-1 составляет 460ºС, при n = 2400 мин ^-1 t_г = 540ºС, происходит увеличение на 17,4 %. Значение эффективного кпд η_e при частоте n = 1200 мин ^-1 составляет 0,362, при частоте n = 2400 мин ^-1 η_e = 0,340. Максимальное значение η_e = 0,373 наблюдается при n = 1700 мин ^-1. При n = 1200 мин ^-1 и работе на ДТ эффективная мощность N_e составляет 30,2 кВт, при n = 2400 мин ^-1 N_e = 57,6 кВт.

Мощность увеличивается в 1,91 раза. Крутящий момент дизеля М_к при n = 1200 мин ^-1 составляет 241 Н∙м, при n = 2400 мин ^-1 М_к = 229 Н∙м. Максимальное значение наблюдается при n = 1700 мин ^-1 и составляет М_к = 260 Н∙м.

Рассмотрим эффективные показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ЭТЭ. Значение часового расхода топлива G_{т этэ} увеличивается с 8,5 кг/ч при n = 1200 мин^-1 до 17,6 кг/ч при n = 2400 мин ^-1, или в 2,1 раза. Значение часового расхода ДТ в составе эмульсии G_{т дт прив.} увеличивается с 5,76 кг/ч при n = 1200 мин ^-1 до 11,88 кг/ч при n = 2400 мин ^-1. Удельный эффективный расход топлива g_{e этэ} при n = 1200 мин ^-1 составляет 279 г/(кВт∙ч), при n = 2400 мин ^-1 g_{e этэ} = 306 г/(кВт∙ч). Минимальное значение g_{e этэ} = 270 г/(кВт∙ч) при n = 1700 мин ^-1. Удельный эффективный расход ДТ в составе эмульсии g_{e дт прив.} при n = 1200 мин ^-1 составляет 188 г/(кВт∙ч), при n = 2400 мин ^-1 g_{e дт прив.} = 206 г/(кВт∙ч). Минимальное значение g_{e дт прив.} наблюдается при n = 1700 мин ^-1 и составляет g_{e дт прив.} = 183 г/(кВт∙ч). Коэффициент избытка воздуха α при n = 1200 мин ^-1 составляет 1,69, при n = 2400 мин ^-1 снижается до 1,63, или на 4 %.

Рис. 1. Изменение эффективных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при Θ_впр = 23º до ВМТ: ¾ — ДТ; ― ― — ЭТЭ

При n = 1200 мин ^-1 часовой расход воздуха G_в = 174 кг/ч, при n = 2400 мин ^-1 увеличивается до 346 кг/ч, т. е. в 2 раза. При n = 1200 мин ^-1 t_г = 445ºС, при n = 2400 мин^-1 t_г = 520ºС, т. е. происходит увеличение на 16,9 %. Эффективный кпд η_e при n = 1200 мин ^-1 составляет 0,367, при n = 2400 мин ^-1 η_e = 0,335. Максимальное значение η_e = 0,379 наблюдается при n = 1700 мин ^-1. При n = 1200 мин ^-1 N_e = 30,6 кВт, при n = 2400 мин ^-1 N_e = 57,6 кВт. Мощность увеличивается на 27,0 кВт. Крутящий момент М_к при n = 1200 мин ^-1 составляет 244 Н∙м, при n = 2400 мин ^-1 М_к = 229 Н∙м. Максимальное значение М_к = 265 Н∙м наблюдается при n = 1700 мин ^-1.

Рассмотрим изменение значений эффективных показателей дизеля 4Ч 11,0/12,5 при переходе с ДТ на ЭТЭ. При n = 1200 мин ^-1 часовой расход топлива G_т увеличивается с 7,1 кг/ч при работе дизеля на ДТ до 8,5 кг/ч при работе на ЭТЭ. При n = 2400 мин ^-1 G_т увеличивается с 14,4 кг/ч до 17,6 кг/ч. Часовой расход ДТ в составе эмульсии G_{т дт прив.} во всем диапазоне частоты вращения меньше, чем часовой расход топлива G_{т дт} при работе на ДТ. При n = 1200 мин ^-1 расход топлива G_{т дт} = 7,1 кг/ч, а G_{т дт прив.} = 5,76 кг/ч. Происходит снижение расхода ДТ на 18,9 %. При n = 2400 мин ^-1 G_{т дт} = 14,4 кг/ч, а G_{т дт прив.} = 11,88 кг/ч. Происходит снижение расхода ДТ на 17,5 %. При n = 1200 мин ^-1 удельный эффективный расход топлива g_e увеличивается с 234 г/(кВт∙ч) при работе на ДТ до 279 г/(кВт∙ч) при работе на ЭТЭ. При n = 2400 мин ^-1 g_e увеличивается с 249 г/(кВт∙ч) до 306 г/(кВт∙ч).

Удельный эффективный расход ДТ в составе эмульсии g_{e дт прив.} во всем скоростном диапазоне меньше, чем удельный эффективный расход топлива g_{e дт} при работе на ДТ. При частоте n = 1200 мин^-1 удельный эффективный расход топлива g_{e дт} = 234 г/(кВт∙ч), а g_{e дт прив.} = 188 г/(кВт∙ч). Происходит снижение на 19,7 %. При n = 2400 мин ^-1 g_{e дт} = 249 г/(кВт∙ч), а g_{e дт прив.} = 206 г/(кВт∙ч). Происходит снижение на 17,3 %. При работе на ЭТЭ наблюдается снижение коэффициента избытка воздуха α от 2 % до 4 %. При n = 1200 мин ^-1 значение t_г снижается с 460ºС при работе дизеля на ДТ до 445ºС при работе на ЭТЭ. При n = 2400 мин ^-1 значение t_г снижается с 540ºС при работе дизеля на ДТ до 520ºС при работе на ЭТЭ. Значение эффективного кпд η_e в диапазоне частот вращения от n = 1200 мин ^-1 до n = 2000 мин^-1 при работе дизеля на ЭТЭ выше, чем при работе на ДТ. При частоте n = 1200 мин ^-1 и работе на ДТ η_e = 0,362, а при работе на ЭТЭ η_e = 0,367. Наблюдается рост на 1,4 %. При n = 2000 мин^-1 значение η_e при работе на ДТ и ЭТЭ практически одинаково и составляет 0,364 и 0,366 соответственно. Эффективная мощность дизеля N_e при работе на ЭТЭ в диапазоне частот вращения от n = 1200 мин ^-1 до n = 2200 мин^-1 выше, чем при работе на ДТ. Величина N_e при n = 1200 мин ^-1 и работе на ДТ составляет 30,2 кВт, при работе на ЭТЭ увеличивается до N_e = 30,6 кВт. При частоте n = 2200 мин ^-1 значение эффективной мощности при работе на ДТ и ЭТЭ одинаково и составляет N_e = 55,8 кВт. При частоте n = 2400 мин ^-1 значения эффективной мощности также совпадают. Крутящий момент М_к в диапазоне частот вращения от n = 1200 мин^-1 до n = 2200 мин ^-1 при работе дизеля на ЭТЭ выше, чем при работе на ДТ. При частоте вращения n = 1700 мин ^-1 и работе на ДТ М_к = 260 Н∙м, а при работе на ЭТЭ М_к = 265 Н∙м. Наблюдается рост на 2,0 %.

Можно сделать вывод, что использование ЭТЭ в качестве топлива для дизеля 4Ч 11,0/12,5 позволяет снизить расход ДТ. При работе на ЭТЭ в диапазоне частот вращения от n = 1200 мин ^-1 до n = 2200 мин ^-1 происходит увеличение эффективной мощности и крутящего момента дизеля.

Литература:

1.       Лиханов, В.А., Россохин, А. В. Исследование процессов сажеобразования и сажесодержания в цилиндре быстроходного дизеля с турбонаддувом Д-245.12С при работе на компримированном природном газе // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 223–226.

2.       Лиханов В. А., Россохин А. В. Оценка влияния режимов работы дизеля Д-245.12С на дымность отработавших газов при работе на нефтяном и альтернативных топливах // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). с. 226–229.

3.       Софронов М. В., Россохин А. В. Влияние применения этаноло-топливной эмульсии на экологические показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от нагрузки // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 104–107.

4.       Софронов М. В., Тимшин Д. И., Россохин А. В. Влияние применения ЭТЭ на эффективные показатели дизеля 4Ч 11,0/12,5 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 107–109.

5.       Россохин А. В. Показатели процесса сгорания и сажесодержания в цилиндре дизеля 4Ч 11,0/12,5 при работе на ДТ и ЭТЭ в зависимости от угла поворота коленчатого вала // Сборник: молодежная наука 2014: технологии, инновации материалы всероссийской научно-практической конференции, молодых ученых, аспирантов и студентов. Пермь, 2014. с. 98–101.

6.       Лиханов В. А., Россохин А. В. Особенности теплообмена излучением в цилиндре дизелей при работе на газомоторном топливе // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 10–1. с. 14–17.

7.       Кузьмин В. А., Заграй И. А., Россохин А. В., Рукавишникова Р. В. Определение размеров частиц сажи на различных участках системы выпуска дизеля // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013. № 11–12. с. 3–10.

8.       Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Снижение выбросов сажи с отработавшими газами дизелей путем применения альтернативных топлив // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 13–16.

9.       Лиханов В. А., Россохин А. В., Чупраков А. И. Особенности работы автотранспортного дизеля на этаноло-топливной эмульсии // Тракторы и сельхозмашины. 2012. № 9. с. 16–19.

10.   Лиханов В. А., Россохин А. В., Полевщиков А. С. Влияние этанола на показатели дизеля Д21А1 // Автомобильная промышленность. 2011. № 12. с. 26–27.

11.   Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2006.

12.   Россохин А. В. Улучшение экологических показателей дизеля 4ЧН 11,0/12,5 при работе на природном газе путем снижения дымности отработавших газов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киров, 2006.

13.   Лиханов В. А., Лопарев А. А., Рудаков Л. В., Россохин А. В. Улучшение эффективных показателей дизеля с турбонаддувом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 12. с. 15–19.

14.   Лиханов В. А., Россохин А. В., Олейник М. А., Рудаков Л. В. Улучшение экологических показателей дизеля с турбонaддyвом путем применения природного газа // Тракторы и сельхозмашины. 2006. № 9. с. 8–10.